本實(shí)用新型涉及一種平原河網(wǎng)地區(qū)農(nóng)田排水回灌利用及氮磷攔截去除系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

平原河網(wǎng)地區(qū)河網(wǎng)密集，水流平緩，地下水位較高，水環(huán)境容量低，農(nóng)業(yè)面源污染問題嚴(yán)重，未有切實(shí)可行的辦法。農(nóng)業(yè)面源污染造成大量的氮磷營養(yǎng)物進(jìn)入江河、湖庫，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，破壞了水生生物的生存環(huán)境，嚴(yán)重的將導(dǎo)致水環(huán)境惡化，水生生態(tài)系統(tǒng)失衡。日趨嚴(yán)重的水污染不僅降低了水體的使用功能，也進(jìn)一步加劇了水資源短缺的矛盾。

目前，為了減少農(nóng)田面源污染，應(yīng)用的主要技術(shù)包括：養(yǎng)分減量投入技術(shù)、水肥耦合技術(shù)、溝河生態(tài)攔截技術(shù)、農(nóng)田徑流集蓄河塘水質(zhì)改善技術(shù)，這些技術(shù)都只是著眼于養(yǎng)分流動(dòng)過程中的某一個(gè)環(huán)節(jié)，忽略了灌區(qū)內(nèi)農(nóng)田、溝道和河塘的協(xié)同作用效果。因此，如何針對平原河網(wǎng)地區(qū)的特點(diǎn)，提出工程技術(shù)、生態(tài)技術(shù)、管理技術(shù)相結(jié)合的可持續(xù)性農(nóng)田徑流氮磷攔截去除集成技術(shù)體系，對提高作物產(chǎn)量、減輕農(nóng)業(yè)面源污染、促進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展、保護(hù)水環(huán)境和生態(tài)健康具有特別重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種平原河網(wǎng)地區(qū)農(nóng)田排水回灌利用及氮磷攔截去除系統(tǒng)，主要材料有波紋塑料吸水管、透水土工布、作物秸稈、作物秸稈透水混凝土等。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，平原河網(wǎng)地區(qū)農(nóng)田排水回灌利用及氮磷攔截去除系統(tǒng)，包括農(nóng)田滲濾系統(tǒng)、生態(tài)溝道滲濾系統(tǒng)、多級河塘濕地系統(tǒng)和提水泵站。

所述農(nóng)田滲濾系統(tǒng)，是由排水暗管和外裹透水土工布和滲濾材料組成的地下滲濾體；依據(jù)排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通過水力計(jì)算確定暗管排水系統(tǒng)布置方式與管徑，排水暗管傾斜設(shè)置，排水暗管埋設(shè)坡度為1/1000~1/500；

所述農(nóng)田滲濾系統(tǒng)出水口設(shè)置所述生態(tài)溝道滲濾系統(tǒng)，所述生態(tài)溝道滲濾系統(tǒng)，是指在排水溝邊坡內(nèi)襯砌秸稈透水混凝土材料，秸稈透水混凝土材料是將生態(tài)透水混凝土和作物秸稈按照一定的配合比組合而成，混凝土材料可以增加排水溝邊坡的穩(wěn)定性，防止沖刷，秸稈腐爛后形成有機(jī)質(zhì)，能夠攔截和去除地表徑流中的氮磷等污染物。排水溝道上端種植草本植物，出口處設(shè)置控制排水溝水位和流量的退水閘，通過排水溝水位的控制實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田地下水位和水分狀況的調(diào)節(jié)；

所述多級河塘濕地系統(tǒng)，是指利用位于滲濾溝道尾端的、有水位差的多個(gè)河塘，通過上下級水位差控制，保證水流逐級流動(dòng)，上下級河塘之間設(shè)置生態(tài)滲濾堰，滲濾溝道來水首先經(jīng)過秸稈透水混凝土生態(tài)滲濾堰體攔截去除溝道排水中的氮磷，再進(jìn)一步在生態(tài)河塘植物群落作用下實(shí)現(xiàn)對滲濾溝道排水的多級水質(zhì)凈化處理，河塘深度一般2~3m，河塘水位變化區(qū)間種植濕生植物，濕生植物面積小于水面面積的1/3。在末級河塘處設(shè)置提水灌溉泵站，通過提水灌溉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田排水的回灌利用，同時(shí)保證河塘濕地排入下級河湖的水體符合排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，控制農(nóng)田面源污染，保護(hù)和改善區(qū)域水環(huán)境。

進(jìn)一步的，所述排水暗管為波紋塑料吸水管，排水暗管管身均勻布有透水孔。

進(jìn)一步的，所述滲濾材料是指以沸石和麥秸稈重量比2：1比例組合的外包層，厚度為10cm。

進(jìn)一步的，所述作物秸稈是指麥秸稈。

進(jìn)一步的，所述草本植物是指狗牙根或高羊茅，濕生植物是指茭白或浮萍。

上述平原河網(wǎng)地區(qū)農(nóng)田排水回灌利用及氮磷攔截去除系統(tǒng)的應(yīng)用方法，包括以下步驟：

（1）布置系統(tǒng)：平原河網(wǎng)地區(qū)農(nóng)田排水回灌利用及氮磷攔截去除系統(tǒng)，在平原河網(wǎng)地區(qū)布置農(nóng)田滲濾系統(tǒng)、生態(tài)溝道滲濾系統(tǒng)、多級河塘濕地系統(tǒng)；

農(nóng)田滲濾系統(tǒng)，是由排水暗管和外裹透水土工布和滲濾材料組成的地下滲濾體；依據(jù)排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通過水力計(jì)算確定暗管排水系統(tǒng)布置方式與管徑，排水暗管傾斜設(shè)置，排水暗管埋設(shè)坡度為1/1000~1/500；

農(nóng)田滲濾系統(tǒng)出水口設(shè)置所述生態(tài)溝道滲濾系統(tǒng)，生態(tài)溝道滲濾系統(tǒng)，是指在排水溝邊坡內(nèi)襯砌秸稈透水混凝土材料，秸稈透水混凝土材料是將生態(tài)透水混凝土和麥秸稈按照一定的配合比組合而成，排水溝道上端種植狗牙根或高羊茅，出口處設(shè)置控制排水溝水位和流量的退水閘，通過排水溝水位的控制實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田地下水位和水分狀況的調(diào)節(jié)；

多級河塘濕地系統(tǒng)，是指利用位于滲濾溝道尾端的多個(gè)河塘，通過上下級水位差控制，保證水流逐級流動(dòng)，上下級河塘之間設(shè)置秸稈透水混凝土生態(tài)滲濾堰，河塘深度一般2~3m，河塘水位變化區(qū)間種植茭白或浮萍，面積小于水面面積的1/3。在末級河塘處設(shè)置提水灌溉泵站，通過提水灌溉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田排水的回灌利用。

（2）農(nóng)田滲濾系統(tǒng)氮磷攔截：排水暗管管身均勻布有透水孔，含有氮磷的地下徑流，通過滲流作用，流向排水暗管時(shí)，排水暗管外包裹的水土工布能夠防止暗管堵塞，沸石和麥秸稈組成的滲濾材料對氮磷有較好的攔截效果，將地下徑流中的氮磷攔截在土壤中，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田內(nèi)的氮磷攔截。

（3）生態(tài)溝道滲濾系統(tǒng)氮磷攔截：排水溝道邊坡襯砌的秸稈透水混凝土具有較好的透水性，保證了水流下滲作用，麥秸稈增加了微生物附著，可以凈化排水中的氮磷污染物；秸稈腐爛后形成有機(jī)質(zhì)，能夠攔截和去除地表徑流中的氮磷等污染物。排水溝道上端種植的狗牙根或高羊茅，起到水土保持的作用。

（4）多級河塘濕地系統(tǒng)氮磷攔截及排水回灌利用：滲濾溝道來水首先經(jīng)過位于上下級河塘之間的秸稈透水混凝土生態(tài)滲濾堰體攔截去除溝道排水中的氮磷，再進(jìn)一步在生態(tài)河塘植物群落作用下實(shí)現(xiàn)對滲濾溝道排水的多級水質(zhì)凈化處理；在末級河塘處設(shè)置提水灌溉泵站，通過提水灌溉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田排水的回灌利用，同時(shí)保證河塘濕地排入下級河湖的水體符合排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，控制農(nóng)田面源污染，保護(hù)和改善區(qū)域水環(huán)境。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

（1）本技術(shù)與其它防治農(nóng)田面源污染的技術(shù)相比，最本質(zhì)區(qū)別在于將農(nóng)田滲濾技術(shù)、滲濾溝道技術(shù)、生態(tài)滲濾堰以及塘堰濕地?cái)r截去除徑流氮磷技術(shù)有機(jī)結(jié)合、協(xié)同作用，并做到農(nóng)田排水回灌利用，構(gòu)成了“農(nóng)田—溝道—滲濾堰—河塘—灌溉泵站”農(nóng)田排水回灌利用與氮磷攔截去除系統(tǒng)，提高了平原河網(wǎng)地區(qū)農(nóng)田水肥利用與徑流氮磷攔截去除效率；

（2）農(nóng)田地下排水中的硝態(tài)氮含量占總氮的比重較高，作為以碳源為主的作物秸稈有機(jī)暗管外裹材料，對農(nóng)田地下滲流中的硝態(tài)氮攔截去除具有明顯的優(yōu)勢。

（3）地下水平滲濾體中的波紋塑料暗管和透水土工布外包材料可以確保30年以上工程有效使用期的地下排水要求；透水土工布通過機(jī)器自動(dòng)包裹于波紋塑料吸水管的外部，滲濾材料鋪設(shè)同樣施工方便；該系統(tǒng)不僅排水效果好，而且可處理大量農(nóng)業(yè)廢棄物，節(jié)能環(huán)保，成本低廉。

（4）農(nóng)田滲濾溝道出口處設(shè)置的退水閘，不僅可以控制農(nóng)田地下水位，調(diào)蓄農(nóng)田水分狀況，利用土壤和地下滲濾體的過濾和吸附作用，大幅降低農(nóng)田排水中氮磷的濃度，有效控制農(nóng)田徑流及氮磷排放。

（5）本技術(shù)充分利用南方平原河網(wǎng)地區(qū)河塘密布、水系發(fā)達(dá)的有利條件，空間布置合理，施工方便，可廣泛推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型平原河網(wǎng)地區(qū)農(nóng)田排水回灌利用及氮磷攔截去除系統(tǒng)立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型平原河網(wǎng)地區(qū)農(nóng)田排水回灌利用及氮磷攔截去除系統(tǒng)農(nóng)田滲濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型平原河網(wǎng)地區(qū)農(nóng)田排水回灌利用及氮磷攔截去除系統(tǒng)生態(tài)溝道滲濾系統(tǒng)橫斷面示意圖；

圖4 是本實(shí)用新型平原河網(wǎng)地區(qū)農(nóng)田排水回灌利用及氮磷攔截去除系統(tǒng)生態(tài)滲濾堰結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1農(nóng)田滲濾系統(tǒng)、2生態(tài)溝道滲濾系統(tǒng)、3退水閘、4生態(tài)滲濾堰、5提水泵站、6排水暗管、7透水土工布、8滲濾材料、9排水溝、10秸稈透水混凝土、11灌溉渠道。

具體實(shí)施方式

如圖1-4所示，平原河網(wǎng)地區(qū)農(nóng)田排水回灌利用及氮磷攔截去除系統(tǒng)，包括農(nóng)田滲濾系統(tǒng)1、生態(tài)溝道滲濾系統(tǒng)2、多級河塘濕地系統(tǒng)和提水泵站5。

農(nóng)田滲濾系統(tǒng)1是由排水暗管6外裹透水土工布7和滲濾材料8組成的地下滲濾體；依據(jù)排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通過水力計(jì)算確定水平波紋塑料暗管排水系統(tǒng)布置方式與管徑，塑料排水暗管傾斜設(shè)置，埋設(shè)坡度為1/1000~1/500；

農(nóng)田滲濾系統(tǒng)出水口設(shè)置所述生態(tài)溝道滲濾系統(tǒng)，生態(tài)溝道滲濾系統(tǒng)2是指邊坡由秸稈透水混凝土10襯砌的排水溝9，將生態(tài)透水混凝土和麥秸稈按照一定的配合比組合成秸稈透水混凝土材料，排水溝道上端種植狗牙根或高羊茅，排水溝出口處設(shè)置控制排水溝水位和流量的退水閘3，通過排水溝水位的控制實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田地下水位和水分狀況的調(diào)節(jié)；

多級河塘濕地系統(tǒng)，是指利用位于滲濾溝道尾端的多個(gè)河塘，通過上下級水位差控制，保證水流逐級流動(dòng)，上下級河塘之間設(shè)置秸稈透水混凝土生態(tài)滲濾堰4，河塘深度一般2~3m，河塘水位變化區(qū)間種植茭白或浮萍，面積小于水面面積的1/3。在末級河塘處設(shè)置提水灌溉泵站5，通過灌溉渠道11、提水灌溉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田排水的回灌利用。